Threes company:Ny legering sætter benchmark for magnetisme

Det spirende felt inden for spintronics udnytter elektron-spins-i modsætning til deres opladning-til at forbedre solid-state-enheder som harddiske og mobiltelefonkomponenter ved at forlænge batteriets levetid. Spintronic -udvikling, imidlertid, løber i stigende grad op mod en barriere kendt som Slater-Pauling-grænsen, maksimum for hvor tæt et materiale kan pakke sin magnetisering. Nu, en ny tynd film er klar til at bryde igennem dette årtier gamle benchmark.

Et team af forskere fra Montana State University og Lawrence Berkeley National Laboratory annoncerer i denne uge Anvendt fysik bogstaver , at de konstruerede en stabil tynd film fremstillet af jern, kobolt og mangan, der kan prale af et gennemsnitligt atommoment, der potentielt er 50 procent større end Slater-Pauling-grænsen. Lavet med en teknik kendt som molekylær stråle epitaxy (MBE), den ternære kropscentrerede kubiske (bcc) legering har en magnetiseringstæthed på 3,25 Bohr-magnetoner pr. atom, besting det tidligere betragtede maksimum på 2,45.

"Det, vi har, er et potentielt gennembrud i en af ​​de vigtigste parametre for magnetiske materialer, "sagde Yves Idzerda, en forfatter på papiret fra Montana State University. "Store magnetiske øjeblikke er som stålets styrke - jo større jo bedre."

Slater-Pauling-kurven beskriver magnetiseringstæthed for legeringer. I årtier, jern-kobolt (FeCo) binære legeringer har regeret øverst, udstationering af et maksimalt gennemsnitligt atommoment på 2,45 Bohr -magnetoner pr. atom og definerer strømgrænsen for stabil legeringsmagnetiseringstæthed. Tidligere har forskere blandede FeCo-legeringer med overgangsmetaller med høj magnetisk moment, som mangan. Når disse ternære legeringer fremstilles, imidlertid, de mister meget af deres bcc -struktur, en nøglekomponent til deres høje magnetisme.

I stedet, dette hold henvendte sig til MBE, en omhyggelig teknik, der ligner drapering af et substrat med perler af individuelle metalatomer, et lag ad gangen, at oprette en 10-20 nanometer film af Fe ₉ Co ₆₂ Mn ₂₉ . Cirka 60 procent af de tilgængelige sammensætninger beholdt bcc -strukturen som en tynd film, sammenlignet med kun 25 procent i bulk.

For bedre at forstå legeringens sammensætning og struktur, gruppen brugte røntgenabsorptionsspektroskopi og refleksion med høj energi-elektrondiffraktion. Resultaterne af røntgenmagnetisk cirkulær dikroisme viste, at det nye materiale gav et gennemsnitligt atommoment på 3,25 Bohr-magnetoner pr. Atom. Når den testes med en mere standard vibrerende prøve -magnetometri, selvom denne magnetiseringstæthed faldt, det var stadig betydeligt over Slater-Pauling-grænsen-2,72.

Idzerda sagde, at denne uoverensstemmelse vil give områder inden for fremtidig forskning, tilføjer, at grænsefladen mellem mangan og substratet i krystallen muligvis tegner sig for hullet.

"Jeg har bevogtet optimismen for dette, fordi den teknik, vi brugte, er lidt ikke -standard, og vi er nødt til at overbevise samfundet om dette materiales ydeevne, "Sagde Idzerda.

Idzerda og hans team vil nu undersøge robustheden af ​​jern-kobolt-manganlegeringer, og mere effektive fremstillingsteknikker. De planlægger også at undersøge, hvordan molekylær stråleepitaksi kan føre til andre meget magnetiske tynde film, muligvis blande fire eller flere overgangsmetaller sammen.